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TECHNISCHES GEBIET
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Die
Erfindung betrifft einen Injektor zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in
ein flüssiges
Produkt, insbesondere ein Nahrungsmittel oder Getränk, bei
dem der dampfförmige
Wärmeträger das
flüssige
Produkt zur Bildung eines keimfreien Produkts erhitzt und bei dem
das Strömen
des dampfförmigen
Wärmeträgers durch
Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des flüssigen Produkts
entsteht, sowie mit den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in
ein flüssiges
Produkt mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Nebenanspruchs 11.
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STAND DER TECHNIK
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Im
Hinblick auf die Wärmebehandlung
eines flüssigen
Produkts der vorg. Art kann qualitativ einwandfreier Wasserdampf
von Trinkwasserqualität, vorzugsweise
sog. kulinarischer Wasserdampf im Sättigungszustand, verwendet
werden, um das flüssige
Produkt schnell und effizient zu erwärmen. Eines der zum direkten
Injizieren von Dampf in das flüssige Produkt
angewendeten Verfahren besteht in der Verwendung eines Injektors.
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In
Abhängigkeit
von der Temperatur, auf die das flüssige Produkt erwärmt werden
soll, ist es möglich,
ein pasteurisiertes oder aseptisches Produkt oder als Alternative
ein Produkt, das eine verlängerte Haltbarkeit
bei Kaltlagerung besitzt, zu erhalten. Das gebräuchlichste Verfahren besteht
darin, das Produkt, bei dem es sich zum Beispiel um Molkereiprodukte,
Säfte,
viskose Fruchtprodukte oder dergleichen handelt, auf eine Temperatur
zu erwärmen,
bei der eine völlige
Zerstörung
vegetativer Mikroorganismen erreicht wird. Dadurch wird ein Lebensmittelprodukt
erhalten, das bei Lagerung bei Raumtemperatur stabil bleibt. Es
ist keine ununterbrochene Kühlkette über den
Zeitraum der Lagerung erforderlich, was insbesondere in Ländern mit
nicht hinreichender Kühlketten-Infrastruktur
von Vorteil sein kann.
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Die
Direkterhitzung mit Dampf wird beispielsweise bei der Milcherhitzung
angewendet (sog. UHT-Milch oder ESL-Milch). Die Direkterhitzung steht
hier in Konkurrenz zu dem vorg. erwähnten indirekten Erhitzungsverfahren
mittels beispielsweise Rohrbündel-Wärmeaustauscher.
Für die
Herstellung der UHT-Milch werden als Erhitzungstemperatur beispielsweise
150°C und
als Einwirkungsdauer 2,4 Sekunden angegeben (s. H. G. KESSLER, Lebensmittel-Verfahrenstechnik,
Schwerpunkt Molkereitechnologie, 1976, München – Weihenstephan, Verlag: A. Kessler,
Postfach 1721, 8050 Freising, Seite 154–155). Die Milch durchläuft einen
Vor- und Nachwärmer,
wird mit ca. 70–80°C durch eine
Pumpe auf den für
die UHT-Erhitzung notwendigen Druck (150°C entsprechend 4,76 bar) gebracht
und in der Mischkammer mit Wasserdampf intensiv vermengt. Der Wasserdampf
kondensiert sofort in der Milch, indem er seine Verdampfungsenthalpie
abgibt und die Milch aufheizt. Die Dampfmenge muss so bemessen sein,
dass unmittelbar nach der Durchmischung die Milch und das in ihr
enthaltene Kondensat auf Sterilisationstemperatur aufgeheizt sind.
Anschließend durchströmt das Gemisch
eine Haltestrecke (2 bis 4 Sekunden), die tangential in ein Vakuumgefäß einmündet. Unmittelbar
an der Einmündung
sitzt ein einstellbares Druckhalteventil, das den der Sterilisationstemperatur
entsprechenden Sattdampfdruck im Halterohr aufrechterhält. Danach
expandiert das unter Druck stehende heiße Gemisch, wodurch spontan Abkühlung durch
Verdampfen eintritt. Dabei ist das Vakuum so bemessen, dass exakt
die gleiche Menge verdampft, die als Frischdampf vorher zugeführt wurde.
Der Entspannungsdampf wird zur Vorwärmung der ankommenden Milch
benutzt, während
die Milch eine aseptische Linie – Pumpe, Homogenisator, Kühler und
evtl. Lagertank – zur
aseptischen Verpackung durchläuft.
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Durch
Injizieren von Dampf in das flüssige Produkt
wird dieses unmittelbar, schnell und effizient erwärmt. Infolge
dieses schnellen Verfahrens kann die Behandlungszeit verringert
werden, was insgesamt zu einer verringerten Wärmeeinwirkung auf das Produkt
führt und
wodurch ein Produkt erhalten wird, das vor allem im Hinblick auf
den Geschmack ein höheres
Qualitätsniveau
behält.
Die schnelle und schonende Wärmebehandlung
beim direkten Erwärmungsverfahren
wird um den Preis eines höheren Energieaufwandes
gegenüber
dem indirekten Erwärmungsverfahren
erkauft. Daher ist man bestrebt, die Wärmeübergangsbedingungen beim direkten
Verfahren der in Rede stehenden Art weiter zu verbessern, was dann
zwangsläufig
zu einer geringeren erforderlichen Temperaturdifferenz zwischen
dampfförmigem
Wärmeträger und
dem zu erwärmenden
Produkt führt
und damit die schonende Behandlung des Produkts weiter begünstigt.
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Der
grundlegende Aufbau eines Injektors der einleitend gekennzeichneten
Art ist in der
US 1
803 054 A beschrieben. Er dient der Erwärmung von Kesselspeisewasser
mittels Wasserdampf in Dampfkraftanlagen, und er besitzt daher keine
spezielle Eignung zur Erzeugung und Behandlung keimfreier flüssiger Produkte
im Bereich der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie. Die Beimischung
des Wasserdampfes in das Kesselspeisewasser erfolgt beispielsweise in
drei aufeinander folgenden Stufen, wobei in jeder Stufe mehrere
Ringdüsen,
in Strömungsrichtung
des Kesselspeisewassers gesehen, im Abstand hintereinander angeordnet
sind, die einen ringförmigen Strom
des Kesselspeisewassers umschließen und jeweils vom Wasserdampf
aus einem zugeordneten Beaufschlagungsraum versorgt werden. Der
Wasserdampf dringt radial außenseits
in den Strom des Kesselspeisewassers ein, und er hat eine axiale
Strömungskomponente,
die in Strömungsrichtung
des Kesselspeisewassers orientiert ist. Der ringförmige Strom
des Kesselspeisewassers wird radial innenseits von einem in axialer
Richtung verstellbaren, beispielsweise durch alle Stufen hindurchgreifenden Verdrängerkörper begrenzt,
wobei sich der Durchtrittsquerschnitt zwischen Verdrängerkörper und
den diesen umschließenden
Ringdüsen,
in Strömungsrichtung
des Kesselspeisewassers gesehen und in jeder der Stufen, kontinuierlich
vergrößert.
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Aus
der
US 4 725 203 A ist
ein Injektor bekannt, bei dem eine einen zentralen, axial verstellbaren
Verdrängerkörper ringförmig umströmende flüssige Phase
eines Stoffes von radial außenseits über eine
die flüssige
Phase umschließende
einzige Ringdüse
mittels einer gasförmigen
Phase eines anderen Stoffes beaufschlagt wird.
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Aus
der
WO 2004/075670
A1 ist ein Dampfinjektor bekannt, welcher in einem Injektorgehäuse einen
Einlass für
Dampf, einen Einlass ein für
Produkt und einen Auslass für
das Produkt aufweist. In diesem Injektor wird das flüssige Produkt,
beispielsweise flüssige
oder pumpbare Lebensmittel, über eine
Ringdüse
einem Mischraum in Form eines gebündelten Freistrahles mit Kernströmung zugeführt. Der
Dampf als Wärmeträger wird
gleichfalls über
eine Ringdüse,
die die Ringdüse
für das
Produkt konzentrisch umschließt,
in Form eines ringförmigen
Freistrahles in den Mischraum ausgebracht und dem Produktstrahl
von außen
zugeführt.
In dem Mischraum werden der Dampf und das Produkt miteinander vermischt.
Das Gemisch verlässt
den Mischraum und passiert dabei eine Drosselscheibe, die unmittelbar
hinter dem Auslass des Mischraumes angeordnet ist.
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In
der
EP 1 353 745 B1 ist
ein verstellbarer Dampfinjektor beschrieben, der in einem Injektorgehäuse einen
Einlass für
ein Produkt, einen Auslass für
das Produkt und einen Dampfeinlass aufweist. Der Injektor enthält weiterhin
ein dickwandiges Rohr, das in dem Injektorgehäuse angeordnet ist und eine Vielzahl
von durchgehenden Löchern
aufweist, die im Wesentlichen radiale Kanäle bilden. In dem dickwandigen
Rohr ist ein Produktrohr angeordnet, das in Längsrichtung des Rohrs stufenlos
verschiebbar ist. Der Injektor ist vorzugsweise geeignet für die Wärmebehandlung
einer Flüssigkeit
oder von pumpbaren Lebensmitteln hoher Viskosität. Die Wirkung dieses bekannten
Dampfinjektors beruht darauf, dass dem Produkt in der Ausformung
einer Rohrströmung über eine
Vielzahl von Dampfeintrittsöffnungen gleichzeitig,
radial von außen, über den
gesamten Umfang und über
eine von dem axial verschieblichen Produktrohr bestimmte jeweilige
Länge des
perforierten dickwandigen Rohres Dampf zugeführt wird.
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Aus
der
EP 0584 162 B1 ist
ein Apparat zum aseptischen Herstellen von Getränken bekannt, wobei es sich
speziell um die Rückverdünnung von
Getränken
handelt und der Apparat eine sich in axialer Richtung verjüngende ringförmige Mischkammer
mit veränderlichem
Volumen aufweist. Die Mischkammer wird von einem wärmeabgebenden
Wasserstrom durchsetzt, dem im Bereich des Eintritts der Mischkammer
eine zweite Flüssigkeit,
beispielsweise Getränkesirup,
zugemischt wird. Die Zumischung erfolgt über den Umfang der ringförmigen Mischkammer, und
zwar radial von außen.
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Die
DE 195 02 539 C2 beschreibt
einen Injektor zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers in eine zu erwärmende Flüssigkeit.
Bei der Flüssigkeit
handelt es sich um Wasser, das bei der Heißwasserbereitung oder bei der
Erzeugung von Warmwasser zu Heizzwecken mittels Dampf erwärmt wird. Der
Injektor weist eine Mischkammer mit einer Ausströmöffnung auf. Der dampfförmige Wärmeträger beaufschlagt
eine Ringdüse,
die über
eine ringspaltförmige
Austrittsöffnung
in die Mischkammer in deren Längsrichtung
einmündet.
Die Mischkammer weist dabei wenigstens einen ringförmig ausgebildeten,
radial durch eine Innenwandung und eine Außenwandung begrenzten Abschnitt
auf. Die zu erwärmende Flüssigkeit
beaufschlagt eine ringförmige
Einströmöffnung,
die vorzugsweise als ringförmige,
koaxial zu der Ringdüse
angeordnete Öffnung
mit radialer Öffnungsrichtung
ausgebildet ist, die von außen
in die Mischkammer einmündet
und in Bezug auf die von der Ringdüse definierte Durchströmungsrichtung nach
der Austrittsöffnung
der Ringdüse
angeordnet ist. Durch die Ringdüse
wird der dampfförmige
Wärmeträger axial
in die Mischkammer eingelassen, wobei er im Bereich vor der Austrittsöffnung einen
Sog (Druckabfall) erzeugt, der die zu erwärmende Flüssigkeit aus der Einströmöffnung ansaugt.
In der Mischkammer vermischt sich der dampfförmige Wärmeträger intensiv mit der zu erwärmenden
Flüssigkeit.
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Besonders
gute Ergebnisse werden mit dem bekannten Injektor erzielt, wenn
zwischen der von der Ringdüse
definierten Dampfströmungsrichtung und
der von der Einströmöffnung definierten
Einströmrichtung
ein im Wesentlichen rechter Winkel eingeschlossen wird. Dies ist
der Fall, wenn die Ringdüse
eine im Wesentlichen axiale Öffnungsrichtung und
die Einströmöffnung eine
im Wesentlichen radiale Öffnungsrichtung
aufweisen.
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Aus
der
EP 0 822 338 B1 sind
Dampfinjektoren bekannt, die der Erwärmung von Wasser dienen, das
insbesondere in einem Wasserzufuhrsystem in einem Notfall-Kernkühlsystem,
wie z. B. in einem Leichtwasserreaktor, verwendet wird. Die Dampfinjektoren
entsprechen in Bezug auf die Ausführungsformen gemäß den
1 bis
4 hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen
dem Dampfinjektor gemäß
DE 195 02 539 C2 ,
d. h. der dampfförmige Wärmeträger fungiert
als axial orientierter Treibstrahl und saugt die zu erwärmende radial
Flüssigkeit
an.
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Die
Mischkammer ist offensichtlich allenfalls in ihrem Eintrittsbereich
ringförmig
ausgebildet (
1). Der Dampfinjektor in seiner
Ausführungsform
gemäß
5 entspricht in Aufbau und Funktion dem
Dampfinjektor gemäß der eingangs
erwähnten
WO 2004/075670 A1 .
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Injektor und ein mit
diesem durchführbares Verfahren
der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, mit denen die Erhitzung auf die erforderliche Temperatur einerseits
effizient, andererseits aber schonend, d. h. mit geringstmöglicher
Temperaturdifferenz zwischen dem dampfförmigen Wärmeträger und dem zu erhitzenden
flüssigen
Produkt erfolgt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Aufgabe wird durch einen Injektor mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Injektors sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein
mit dem erfindungsgemäßen Injektor
durchführbares
Verfahren ist durch die Merkmale des Nebenanspruchs 11 gekennzeichnet.
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Der
erfinderische Lösungsgedanke
basiert auf einem dem Anmeldungsgegenstand nächstkommender Stand der Technik,
wie er beispielsweise aus der
US 1 803 054 A bekannt ist. Bei diesem bekannten
Injektor bildet das flüssige
Produkt den Treibstrahl aus, und es ist ein ringförmiger Mischraum
mit einstellbarem Volumen vorgesehen, dem der anzusaugende dampfförmige Wärmeträger über Ringdüsen zugeführt wird,
die jeweils über
eine ringspaltförmige
Austrittsöffnung
radial von außen
in den Mischraum einmünden.
Die Funktion des Treibstrahls erhält das flüssige Produkt dadurch, dass
in ihm ein Druckabfall durch lokale Geschwindigkeitserhöhung erzeugt
wird, wobei im Bereich dieses Druckabfalls die Einleitungsstelle
für den
dampfförmigen
Wärmeträger vorgesehen
ist.
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Während bei
anderen bekannten Injektoren der weiter oben beschriebenen Art der
dampfförmige Wärmeträger als
zentraler ringförmiger
Treibstrahl ausgebildet ist und mit hoher kinetischer Energie das zu
erwärmende
Wasser ansaugt und sich mit diesem in dem anschließenden ringförmigen Mischraum
vermischt, saugt beim anmeldungsgemäßen Injektor das zu erwärmende flüssige Produkt
als zentraler ringförmiger
Treibstrahl mit wesentlich moderaterer Geschwindigkeit und entsprechend
geringerer kinetischer Energie den dampfförmigen Wärmeträger an, um sich mit diesem
dann in dem sich anschließenden ringförmigen Mischraum
zu vermischen. Die anmeldungsgemäße Konstellation
bewirkt eine deutlich schonendere Behandlung der flüssigen Phase,
des Produkts, wie es von der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe
gefordert wird.
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Die
Leistungsfähigkeit
des Injektors gemäß der Erfindung
(beispielsweise höherer
Durchsatz bei kürzerer
Verweilzeit) lässt
sich bekanntlich gegenüber
einer Anordnung mit einer einzigen Ringdüse dadurch steigern, dass mehr
als eine Ringdüse
vorgesehen ist, die, in Strömungsrichtung
des flüssigen Produkts
gesehen, im Abstand hintereinander angeordnet, jeweils vom dampfförmigen Wärmeträger beaufschlagbar,
im oder am inneren Gehäuse
ausgebildet und mit dem zweiten Beaufschlagungsraum verbunden sind
und die jeweils über
eine ringspaltförmige
Austrittsöffnung
von der Seite des umschließenden
inneren Gehäuses
unter einem Neigungswinkel gleichsinnig zur Strömungsrichtung des flüssigen Produkts
in den Mischraum einmünden.
Durch dieses parallele Einleiten des dampfförmigen Wärmeträgers an mehr als einer Stelle
im Verlauf des Strömungsweges
des zu einer Ringspaltströmung
geringer radialer Erstreckung ausgeprägten flüssigen Produkts wird die Aufnahmefähigkeit
der flüssigen
Phase für
die dampfförmige
Phase im Sinne der Aufgabenstellung, nämlich eine effiziente und gleichsam schonende
Erwärmung
durchzuführen,
voll ausgeschöpft,
ohne dass es hierzu einer energetischen Intensivierung des Vorganges,
in der Regel befördert durch
eine größere treibende
Temperaturdifferenz zwischen dampfförmigem Wärmeträger und zu erwärmendem
flüssigem
Produkt, bedarf.
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Die
Effizienz des Erwärmungsvorganges,
die sich durch eine geringstmögliche
Temperaturdifferenz zwischen dampfförmigem Wärmeträger und zu erwärmendem
flüssigem
Produkt zeigt, wird dadurch gesteigert, dass in an sich bekannter
Weise die ringspaltförmige
Austrittsöffnung
unter dem Neigungswinkel in den Mischraum einmündet, wobei der Neigungswinkel
gegen die Senkrechte auf die Längsachse
des Mischraumes gemessen wird und gemäß einer sich als beson ders
effizient herausgestellten Ausgestaltung für den Neigungswinkel ein Wert
im Bereich 30 bis 45 Grad, bevorzugt ein Wert von 35 Grad vorgesehen
ist. Damit hat eine Komponente der Geschwindigkeit des Stromes des
dampfförmigen Wärmeträgers die
gleiche Orientierung wie die Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Produkts, so dass der Produktfluss durch den dampfförmigen Wärmeträger unterstützt wird
und die Gefahr der Strömungsblockaden
durch Dampfblasen im ringförmigen
Mischraum vermindert ist.
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Der
grundlegende erfinderische Lösungsgedanke
beim erfindungsgemäßen Injektor
manifestiert sich in einer Verbesserung seiner Treibstrahlausbildung,
die darin besteht, dass zur üblichen
düsenartigen
Verengung des ersten Beaufschlagungsraumes für das flüssige Produkt, und zwar am
stromabwärtsseitigen
Ende der Düse,
zusätzlich
Vorkehrungen getroffen werden, die eine planmäßige, definierte und verstärkt ausgeprägte Einschnürung des
ringförmigen,
durch das flüssige
Produkt gebildeten Treibstrahles und einen damit verbundenen zusätzlichen Druckabfall
erzeugen. Diese Vorkehrungen bestehen darin, dass am inneren Gehäuse, in
Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts gesehen, unmittelbar vor der jeweiligen ringspaltförmigen Austrittsöffnung jeweils
eine ringförmige
Nase ausgebildet ist, die an der jeweiligen Stelle einen Durchtrittsquerschnitt
des Mischraumes radial außenseits
derart einschnürt, dass
dieser, in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts gesehen, gegenüber
dem jeweils vorgeordneten Durchtrittsquerschnitt des Mischraumes
verkleinert ist. Diese Nase wird an ihrer angeströmten Umlaufkante
bevorzugt scharfkantig oder mit minimalem Abrundungsradius ausgeführt, und
sie ist in Bezug auf die Austrittsöffnung in axialer Strömungsrichtung so
positioniert, dass die Stelle der stärksten Einschnürung der
Strömung
und somit die Stelle des größten Druckabfalls
mit der vorgesehenen Einleitungsstelle für den dampfförmigen Wärmeträger zusammenfällt.
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Die
Kontaktzone des dampfförmigen
Wärmeträgers mit
dem flüssigen
Produkt lässt
sich dadurch günstig
ausgestalten und optimieren, wie dies ebenfalls vorgeschlagen wird,
dass, bezogen auf die Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts, die stromabwärtsseitige
Begrenzungsfläche
der jeweiligen ringspaltförmigen
Austrittsöffnung
in eine umlaufende Anschrägung
am inneren Gehäuse übergeht, wo bei
die jeweilige Anschrägung
eine größere Neigung
gegen die Längsachse
des Mischraumes besitzt als die sich an die jeweilige Anschrägung jeweils anschließende Begrenzungsfläche des
inneren Gehäuses.
Durch diese umlaufende Anschrägung
wird der Strom des dampfförmigen
Wärmeträgers an
seiner Einleitungsstelle in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts im Rahmen des strömungsmechanisch Möglichen
quasi diffusorartig aufgefächert.
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Eine
besonders vorteilhafte diesbezügliche Ausführungsform
sieht vor, dass der Übergang
zwischen der stromabwärtsseitigen
Begrenzungsfläche der
jeweiligen ringspaltförmigen
Austrittsöffnung
und der jeweils zugeordneten Anschrägung abgerundet ausgeführt ist,
wobei der Abrundungsradius relativ groß bemessen ist.
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Die
gleichmäßige Verteilung
des dampfförmigen
Wärmeträgers innerhalb
der jeweiligen Ringdüse
wird, wie dies eine weitere vorteilhafte Ausführungsform vorsieht, dadurch
in besonderer Weise sichergestellt, dass der jeweilige Eintritt
der Ringdüse von
einem in das innere Gehäuse
außenseits
radial eingreifenden Verteilerring umschlossen ist, der, über seinen
Umfang verteilt, eine Vielzahl von gleichmäßig voneinander beabstandeten
Ringbohrungen aufweist, die jeweils die Ringdüse mit dem zweiten Beaufschlagungsraum
verbinden.
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Die
gleichmäßige Verteilung
des dampfförmigen
Wärmeträgers zu
den parallel zu versorgenden Ringdüsen wird, wie dies eine andere
Ausführungsform
vorsieht, dadurch in besonderer Weise erreicht, dass, in Strömungsrichtung
des dampfförmigen
Wärmeträgers gesehen
und vor dessen Eintritt in den zweiten Beaufschlagungsraum, in einem
sich an den zweiten Einlass anschließenden konusförmigen Erweiterungsstutzen
ein Leitblech mit einer Vielzahl siebförmig angeordneter Verteilerbohrungen
vorgesehen ist, das den Durchtrittsquerschnitt des Erweiterungsstutzens
fast vollständig
ausfüllt.
Dabei hat sich eine Ausgestaltung als besonders vorteilhaft herausgestellt,
bei der das Leitblech V-förmig
gefaltet ist und die Faltkante in der Ebene des größten Durchmessers
des konusförmigen
Erweiterungsstutzens verläuft.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des
Injektors gemäß der Erfindung
sieht vor, dass sich der Durchtrittsquerschnitt des ersten Beaufschlagungsraumes
in seinem von dem Verdrängerkörper durchdrungenen
Erstreckungsbereich, in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts gesehen, fortlaufend verjüngt. Diese Verjüngung ermöglicht zum
einen die einfache Volumenänderung
des ersten Beaufschlagungsraumes insbesondere im Bereich des Mischraumes
und damit eine einfache Leistungsanpassung des Injektors an unterschiedliche
flüssige Produkte
und/oder Betriebsbedingungen, zum anderen wird dadurch eine über den
Druckverlust im in Frage kommenden Strömungsbereich hinausgehende
Druckabsenkung generiert, die die Zufuhr des dampfförmigen Wärmeträgers zu
den stromabwärts angeordneten
Ringdüsen
begünstigt.
Dadurch wird auch der Tendenz des sich in diesem Bereich durch zwangsläufige Verringerung
der treibenden Temperaturdifferenz generell verschlechternden Wärmeübergangs
entgegengewirkt.
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Die
gegenständliche
Ausführung
des Injektors, insbesondere im Bereich seines ersten Beaufschlagungsraumes
und seiner Ringdüsen
für den Wärmeträger, wird
vereinfacht und ermöglicht
eine flexible Anpassung an die unterschiedlichsten Prozessbedingungen,
wenn gemäß einem
weiteren Vorschlag das innere Gehäuse aus separaten Gehäuseringen
besteht, die, in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts gesehen, aneinandergereiht und über die Verteilerringe im Bereich
der jeweiligen Ringdüse axial
voneinander beabstandet sind, wobei die jeweilige innere Begrenzungsfläche der
Gehäuseringen kegelstumpfförmig ausgebildet
ist.
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Eine
weitere Ausführungsform
sieht vor, dass sich der Verdrängerkörper, in
Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts gesehen, hinter der ersten Ringdüse und näherungsweise parallel zur inneren
Begrenzungsfläche
des inneren Gehäuses
verjüngt.
Dadurch ist eine Volumenänderung
des Mischraumes in einem sehr weiten Bereich möglich, da durch die näherungsweise
Parallelität
der in Frage kommenden Begrenzungsflächen des Mischraumes am einen
Ende des Versteilbereichs Ringspalte mit durchgängig sehr kleiner radialer
Erstreckung einstellbar sind.
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Die
axiale Verschiebung des Verdrängerkörpers wird
gemäß einem
weiteren Vorschlag manuell oder motorisch vorgenommen. Die manuelle
Verschiebung erfolgt beispielsweise über ein arretierbares (beispielsweise
konterbares) Spindel-Mutter-System.
Eine motorische Verschiebung kann beispielsweise über ein
motorisch angetriebenes Spindel-Mutter-System erfolgen, wobei der
Verstellantrieb beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch
betrieben wird.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Einleiten eines dampfförmigen
Wärmeträgers in
ein flüssiges
Produkt basiert auf Verfahrensschritten, wie sie durch die
US 1 803 054 A bekannt
oder nahegelegt sind. Das bekannte Verfahren offenbart, dass im
flüssigen
Produkt die Strömungsgeschwindigkeit
erzeugt wird, die den zum Ansaugen des dampfförmigen Wärmeträgers notwendigen Druckabfall
erzeugt. Um die Wärmeübergangs-
und die Wärmeeindringbedingungen
in das flüssige
Produkt zu verbessern, wird der Strom des flüssigen Produkts als zentraler
ringförmiger
Treibstrahl ausgebildet und dieser erhält einen erzwungenen rindspaltförmigen Strömungsquerschnitt,
dessen Erstreckung in radialer Richtung klein gegenüber einer
orthogonalen zweiten Richtung ist. Die derart geformte, als Treibstrahl
fungierende Strömung
des flüssigen
Produkts erfährt
dadurch vor Eintritt in den Mischraum eine Geschwindigkeitserhöhung, die
den zum Ansaugen des dampfförmigen Wärmeträgers notwendigen
Druckabfall generiert. Der Strom des dampfförmigen Wärmeträgers wird im Bereich des Druckabfalls
mit einer Strömungskomponente
angesaugt, die in radialer Richtung orientiert ist und von der Seite
auf das flüssige
Produkt auftrifft. Gleichzeitig erhält der Strom des dampfförmigen Wärmeträgers im
Bereich des Druckabfalls an seiner Einleitungsstelle in das flüssige Produkt
eine Strömungskomponente
in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Produkts. Da die Strömung
des flüssigen
Produkts in der zweiten Richtung eine um ein Vielfaches größere Erstreckung
als in der ersten, der radialen Richtung aufweist, ist weiterhin sichergestellt
ist, dass der Strom des dampfförmigen Wärmeträgers seiner
Einleitungsstelle in das flüssige Produkt
gleichmäßig verteilt
zugeführt
wird. Darüber hinaus
ist auch sichergestellt, dass der Strom des dampfförmigen Wärmeträgers seinen
parallel zu ver sorgenden Einleitungsstellen in das flüssige Produkt im
Rahmen des quasi mehrstufigen Verfahrens gleichmäßig verteilt zugeführt wird.
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Schließlich bleibt
in weiteren Stufen des Verfahrens das durch die vorstehend beschriebene
Behandlung erzeugte Gemisch aus flüssigem Produkt und dampfförmigem Wärmeträger unverzweigt
und durchläuft
stromabwärts
wenigstens eine weitere Behandlung in der vorstehend beschriebenen
Weise bzw. Schrittfolge. Die Beaufschlagung des Produkts mit der
notwendigen Menge an dampfförmigem
Wärmeträger wird
demnach auf mehr als eine Stelle der Produktströmung aufgeteilt, wobei jede
Produktteilmenge diese Mehrfachbehandlung in einem quasi mehrstufigen
Verfahren erfährt.
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Der
grundlegende erfinderische Lösungsgedanke
besteht mit Blick auf das vorgeschlagene Verfahren der vorstehend
beschriebenen gattungsgemäßen Art
darin, dass das flüssige
Produkt und der kondensierende dampfförmige Wärmeträger im Mischraum durchmischt
werden und diesen mit einer einstellbaren Verweilzeit bei einer
moderat ansteigenden Strömungsgeschwindigkeit
längs seines Strömungsweges
durchströmen.
Dabei bleibt die grundlegende Form des Strömungsquerschnittes im Mischraum
im Wesentlichen so erhalten, wie sie vor Eintritt in den Mischraum
generiert wurde. In einem weiteren Schritt wird der Strom des dampfförmigen Wärmeträgers im
Bereich des Druckabfalls an seiner Einleitungsstelle in das flüssige Produkt
in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Produkts quasi diffusorartig aufgefächert Diese Erweiterung des
Stromes des dampfförmigen
Wärmeträgers vergrößert die
Kontaktzone zwischen Produkt und Wärmeträger und verbessert dadurch
den Stoff- und damit auch den Wärmeübergang.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
Ausführungsbeispiel
des Injektors gemäß der Erfindung
ist in den Figuren der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Es zeigen
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1 eine
in 3 mit „X” gekennzeichnete Einzelheit
im Bereich der Einleitungsstelle des dampfförmigen Wärmeträgers in das flüssige Produkt;
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2 in
perspektivischer Darstellung einen in seiner Meridianebene aufgeschnittenen
Injektor gemäß der Erfindung
und
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3 eine
Schnittdarstellung des Injektors gemäß 2 (Blickrichtung
senkrecht auf die Schnittebene).
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BESCHREIBUNG
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Ein
Injektor 1 (nachfolgend wird jeweils auf die geeignetste
der 2 oder 3 Bezug genommen und Lageangaben
beziehen sich auf die Darstellungslage des Injektors) wird außenseits
von einem rohrförmigen
Injektorgehäuse 6 begrenzt,
das mit einem zylindrischen Mantelteil 6a ein ringförmiges inneres
Gehäuse 7 konzentrisch
umschließt,
letzteres links- und stirnseitig mit einem Kragenteil 6b teilweise umgreift
und rechtsseitig in einem nicht näher bezeichneten Flansch endet,
der innenseits im Bereich des rechtsseitigen Endes des inneren Gehäuses 7 gegenüber letzterem über eine
dritte Gehäusedichtung 18c radial
abgedichtet ist (3). Zwischen der äußeren Mantelfläche des
inneren Gehäuses 7 und dem
Mantelteil 6a ist ein äußerer Ringraum 3.3 ausgebildet,
der Teil eines zweiten Beaufschlagungsraumes 3 zur Bereitstellung
und Verteilung eines dampfförmigen
Wärmeträgers D ist.
Bei diesem handelt es sich insbesondere um Wasserdampf, vorzugsweise um
sog. kulinarischen Wasserdampf im Sättigungszustand (Saftdampf),
der dem zweiten Beaufschlagungsraum 3, ausgehend von einem
Dampfeintritt D(E), über
einen zweiten Einlass 6.4, der innenseits einen vorzugsweise
zylindrischen zweiten Eintrittsraum 3.1 ausbildet, und
einen sich fluchtend anschließenden
vorzugsweise konischen Erweiterungsstutzen 6.5, der innenseits
einen entsprechend konisch erweiterten Raum 3.2 ausbildet,
zugeführt wird.
Die Längsachse
des Erweiterungsstutzens 6.5 mündet ein Stück rechts von der Mitte der
axialen Länge
des zweiten Beaufschlagungsraumes 3 in letzteren ein. Der
zweite Beaufschlagungsraum 3 ist an seinem linksseitigen
Ende über
eine zweite Gehäusedichtung 18b,
die zwischen dem Injektorgehäuse 6 und
dem inneren Gehäuse 7 axial/radial
eingespannt ist, nach außen
abgedichtet. Das rechtsseitige Ende des inneren Gehäuses 7 ragt
ein Stück über die
rechtsseitige Stirnfläche
des Flansches am Injektorgehäuse 6 hinaus
und ist dort stirnseitig gegen ein Eintrittsgehäuse 6.1 über eine
vierte Gehäusedichtung 18d axial
abgedichtet. Das Eintrittsgehäuse 6.1 bildet
an der Abdichtungsstelle mit dem inneren Gehäuse 7 einen nicht
näher bezeichneten Flansch
aus, der mit dem korrespondierenden Flansch am Injektorgehäuse 6 verschraubt
ist.
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In
das ringförmige
innere Gehäuse 7 greift von
rechts ein in axialer Richtung verschieblicher Dorn 5 ein,
der in seinem linksseitigen Teil in Form eines überwiegend konusförmigen,
zum linksseitigen Ende sich verjüngenden,
rotationssymmetrischen Verdrängerkörpers 5.1 ausgebildet
ist (2). Zwischen dem Verdrängerkörper 5.1 und dem letzteren umschließenden ringförmigen inneren
Gehäuse 7 wird
ein ringförmiger
Mischraum 2.4 gebildet, der Teil eines ersten Beaufschlagungsraumes 2 für ein flüssiges Produkt
P, ist. An den Mischraum 2.4 schließt sich rechtsseitig ein zwischen
dem rechtsseitigen Ende des inneren Gehäuses 7 und dem Verdrängerkörper 5.1 gebildeter
innerer erster Ringraum 2.3 an, der gleichfalls Teil des
ersten Beaufschlagungsraumes 2 ist, sich düsenförmig in
Richtung des Mischraumes 2.4 verjüngt und mit einer im Eintrittsgehäuse 6.1 ausgebildeten
Eintrittskammer 2.2 unmittelbar verbunden ist. Das Eintrittsgehäuse 6.1 besitzt
einen ersten Einlass 6.3 für die Zufuhr des flüssigen Produkts
P, der innenseits vorzugsweise einen zylindrischen ersten Eintrittsraum 2.1 ausbildet,
wobei letzterer mit der Eintrittskammer 2.2 unmittelbar
verbunden ist. Ein Produkteintritt P(E) in den ersten Beaufschlagungsraum 2 erfolgt
somit am ersten Einlass 6.3 und das flüssige Produkt P gelangt anschließend über den
Eintrittsraum 2.1, die sich anschließende Eintrittskammer 2.2,
den düsenartig
verjüngten
inneren ersten Ringraum 2.3 in den ringförmigen Mischraum 2.4,
um diesen über
einen vorzugsweise zylindrisch ausgeführten Austrittsraum 2.5,
der in einem sich linksseitig an das Kragenteil 6b anschließenden Auslass 6.6 ausgebildet
ist, zu verlassen. An den Auslass 6.6 schließt sich
eine Rohrerweiterung 6.7 an, über die ein Produktaustritt
P(A) in eine abführende
Rohrleitung einer nachgeordneten Prozessanlage erfolgt.
-
Ein
am Auslass 6.6 ausgebildeter, nicht näher bezeichneter Flansch ist
mit dem Kragenteil 6b verschraubt und dieser Flansch ist
gegen eine korrespondierende stirnseitigen Begrenzungsfläche des inneren
Gehäuses 7 über eine
erste Gehäusedichtung 18a axial
abgedichtet. Der Kragenteil 6b ist somit zwischen dem Flansch
am Auslass 6.6 und dem innerem Gehäuse 7 sowohl axial
als auch radial formschlüssig
festgelegt und die gesamte Aggregation, bestehend aus den Teilen 6, 6.6 mit 6.7, 7 und 6.1 mit 6.3,
wird durch die Schraubverbindung zwischen dem Flansch am Injektorgehäuse 6 und
dem Flansch am Eintrittsgehäuse 6.1 zusammengehalten,
in sich verspannt und an den erwähnten
Abdichtungsstellen 18a bis 18d nach außen gedichtet.
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Eine
erste Spannbuchse 16 greift von rechts in die Bohrung im
Flansch am Injektorgehäuse 6 ein, kontaktiert
an ihrem dortigen Ende die dritte Gehäusedichtung 18c und
umfasst mit einem Bund den Flansch am Injektorgehäuse 6.
Die erste Spannbuchse 16 ist innenseits mit einer zweiten
Spannbuchse 17 verschraubt, wobei letztere an ihrem rechtsseitigen
Ende mit einem nicht bezeichneten Kragen in eine nicht bezeichnete
nutförmige
Ausnehmung zwischen der Stirnfläche
des inneren Gehäuses 7 und dem
Flansch am Eintrittsgehäuse 6.1 radial
nach innen formschlüssig
eingreift. Mit dieser Spannbuchsenanordnung 16/17 lassen
sich im Zusammenwirken mit der Verschraubung zwischen dem Flansch am
Injektorgehäuse 6 und
dem Flansch am Eintrittsgehäuse 6.1 der
Anpressdruck der Gehäusedichtungen 18a, 18b und 18c sowie
der axiale Anpressdruck zwischen den nachstehend noch beschriebenen
Gehäuseringen,
aus denen das innere Gehäuse 7 zweckmäßig zusammengesetzt
ist, einstellen. Darüber
hinaus zentriert der Kragen an der zweiten Spannbuchse 17 das
Eintrittsgehäuse 6.1 gegenüber dem
inneren Gehäuse 7,
wobei das Eintrittsgehäuse 6.1 unter
Einschluss der vierten Gehäusedichtung 18d metallisch
am inneren Gehäuse 7 anliegt.
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Der
erste Beaufschlagungsraum 2 findet am rechtsseitigen Ende
des Eintrittsgehäuses 6.1 seinen Abschluss über einen
Deckel 6.2, der über
eine fünfte Gehäusedichtung 18e in
einer Öffnung
im Eintrittsgehäuse 6.1 abgedichtet
und dort über
einen nicht näher
bezeichneten Klemmflansch an einem Laternengehäuse 10 mittels eines
ersten Spannringes 14 form- und kraftschlüssig festgelegt
ist. In den Verdrängerkörper 5.1 ist
rechtsseitig eine Verstellstange 5.2 eingeschraubt, die
an der Verschraubungsstelle mittels einer Dichtung 21 gegen
den Verdrängerkörper 5.1 abgedichtet
ist. Die Verstellstange 5.2 besteht in ihrem linksseitigen
Teil aus einer durchmessergrößeren Führungsstange 5.2a und
in ihrem rechtsseitigen Teil aus einer durchmesserkleineren Befestigungsstange 5.2b (2).
Die Führungsstange 5.2a durchdringt
den Deckel 6.2 und den Flansch am Laternengehäuse 10 über eine
Stangendichtung 19 und einen sich anschließenden Führungsring 20.
An das Laternengehäuse 10 ist
rechtsseitig ein Bügelteil 11 angeflanscht,
wobei diese Verbindung mit einem zweiten Spannring 15 ähnlich jener
zwischen Deckel 6.2 und Laternengehäuse 10 ausgebildet
ist. Die mit einem Bolzengewinde versehene Befestigungsstange 5.2b durchdringt
eine endseitige Abkröpfung
des Bügelteils 11,
sodass die Befestigungsstange 5.2b und somit der gesamte
Dorn 5 mittels jeweils einer auf jeder Seite der Abkröpfung auf
dem Bolzengewinde aufgeschraubten Verstellmutter 12 in
axialer Richtung festgelegt werden kann. Durch diese Anordnung ist
der Dorn 5 in die notwendige axiale Lage im Mischraum 2.4 zu
verschieben und schließlich
unverrückbar
festzulegen.
-
Alternativ
ist auch eine motorische Verstellung des Dorns 5 vorgesehen,
beispielsweise über
einen elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigten Verstellantrieb 13,
der ein an der Verstellstange 5.2 bzw. der Befestigungsstange 5.2b angreifendes geeignetes
Spindel-Mutter-System antreibt.
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Im
ringförmigen
inneren Gehäuse 7 ist
eine erste Ringdüse 4.1 ausgebildet,
die radial außenseits mit
dem äußeren Ringraum 3.3 des
zweiten Beaufschlagungsraumes 3 verbunden ist und die radial
innenseits über
eine ringspaltförmige
erste Austrittsöffnung 4.1a in
den Mischraum 2.4 ausmündet
(1). Über
diese erste Ringdüse 4.1 wird
der dampfförmige Wärmeträger D, von
dem Dampfeintritt D(E) kommend, von dem aus dem düsenartig
ausgebildeten inneren ersten Ringraum 2.3 austretenden,
als Treibstrahl fungierenden Strom des flüssigen Produkts P, das über den
Produkteintritt P(E) herangeführt
wird, angesaugt. Die Ansaugung wird durch einen Druckabfall im flüssigen Produkt
P erzeugt, der durch Geschwindigkeitserhöhung im Durchtrittsquerschnitt des
Mischraumes 2.4 im Bereich der ringspaltförmigen ersten
Austrittsöffnung 4.1a generiert
wird. Der düsenartig
aus gebildete innere erste Ringraum 2.3 erzeugt im Bereich
der ringspaltförmigen
ersten Austrittsöffnung 4.1a generell
eine diesbezügliche
Geschwindigkeitserhöhung,
die durch eine besondere Maßnahme
im Austrittsende des inneren ersten Ringraums 2.3 deutlich
verstärkt
wird. Diese Maßnahme besteht
darin, dass am inneren Gehäuse 7 bzw. 7.1, in
Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen, unmittelbar vor der ringspaltförmigen ersten Austrittsöffnung 4.1a eine
ringförmige
erste Nase 7.1a ausgebildet ist, die dort einen ersten
Durchtrittsquerschnitt A1 radial außenseits
derart einschnürt, dass
dieser, in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen, gegenüber
dem vorgeordneten Durchtrittsquerschnitt des inneren Ringraumes 2.3 verkleinert
ist.
-
Die
ringspaltförmige
erste Austrittsöffnung 4.1a mündet unter
einem Neigungswinkel α in
den Mischraum 2.4 ein, wobei für den Neigungswinkel α ein Wert
im Bereich 30 bis 45 Grad, bevorzugt ein Wert von 35 Grad vorgesehen
ist, der Neigungswinkel α gegen
die Senkrechte auf die Längsachse
des Mischraumes 2.4 gemessen wird und eine axiale Komponente
des Neigungswinkels α in
Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P orientiert ist.
-
Bezogen
auf die Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P geht die stromabwärtsseitige
Begrenzungsfläche
der ringspaltförmigen
ersten Austrittsöffnung 4.1a in
eine umlaufende erste Anschrägung 7.2b am
inneren Gehäuse 7 über, wobei
die umlaufende erste Anschrägung 7.2b stärker gegen die
Längsachse
des Mischraumes 2.4 geneigt ist als die sich anschließende Begrenzungsfläche des
inneren Gehäuses 7.
Der Übergang
zwischen der stromabwärtsseitigen
Begrenzungsfläche
der ringspaltförmigen
ersten Austrittsöffnung 4.1 und
der zugeordneten umlaufenden ersten Anschrägung 7.2b ist mit
einem relativ großen
Radius abgerundet.
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Die
in den 2 und 3 dargestellte Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Injektors 1 weist,
in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen, hinter der ersten Ringdüse 4.1 zwei weitere Ringdüsen 4.2 und 4.3 auf,
die dampfförmigen
Wärmeträger D aus
dem äußeren Ringraum 3.3 des zweiten
Beaufschlagungsraumes 3 in den unverzweigt bleiben den Strom
des flüssigen
Produkts P jeweils unter dem Neigungswinkel α einbringen. Das Umfeld der
zweiten Ringdüse 4.2 und
der dritten Ringdüse 4.3 ist
jeweils identisch zur ersten Ringdüse 4.1 ausgebildet.
Dies bezieht sich auf eine ringspaltförmige zweite Austrittsöffnung 4.2a,
eine ringförmige
zweite Nase 7.2a sowie eine umlaufende zweite Anschrägung 7.3b im
Zusammenhang mit der zweiten Ringdüse 4.2 und auf eine
ringspaltförmige
dritte Austrittsöffnung 4.3a,
eine ringförmige
dritte Nase 7.3a sowie eine umlaufende dritte Anschrägung 7.4b im
Zusammenhang mit der dritten Ringdüse 4.3 (1 bis 3).
Die ringförmige
zweite Nase 7.2a bildet dabei unmittelbar vor Eintritt
in den Mischraum 2.4 einen zweiten Durchtrittsquerschnitt
A2 und die ringförmige dritte Nase 7.3a bildet
einen entsprechenden dritten Durchtrittsquerschnitt A3 aus,
der jeweils an der jeweiligen Stelle den Mischraum 2.4 derart
einschnürt,
dass dieser, in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen, gegenüber
dem jeweils vorgeordneten Durchtrittsquerschnitt des Mischraumes 2.4 verkleinert
ist.
-
Das
ringförmige
innere Gehäuse 7 (2) besteht
aus separaten Gehäuseringen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4,
die, in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen, aneinandergereiht und über jeweils einen Verteilerring 9 im
Bereich der jeweiligen Ringdüse 4.1, 4.2, 4.3 axial
voneinander beabstandet sind, wobei die jeweilige innere Begrenzungsfläche der
Gehäuseringe 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 kegelstumpfförmig ausgebildet
ist. Die jeweilige axiale Beabstandung der Gehäuseringe 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 erzeugt
jeweils einen umlaufenden Ringspalt, der die jeweilige Ringdüse 4.1, 4.2, 4.3 bildet.
-
Im
ersten Gehäusering 7.1 ist
im Zusammenwirken mit einem vorzugsweise zylindrisch ausgeführten Abschnitt
des Verdrängerkörpers 5.1 der
düsenförmige innere
erste Ringraum 2.3 ausgebildet, während der zweite Gehäusering 7.2,
der dritte Gehäusering 7.3 und
der vierte Gehäusering 7.4,
in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen und jeweils im Zusammenwirken mit dem sich hinter
der ersten Ringdüse 4.1 und
näherungsweise parallel
zur inneren kegelstumpfförmigen
Begrenzungsfläche
des jeweils zugeordneten Gehäuserings 7.2 bis 7.3 verjüngenden
Verdrängerkörpers 5.1,
innenseits einen inneren zweiten Ringraum 2.4.1 bzw. einen
inneren dritten Ringraum 2.4.2 bzw. eine Austrittskammer 2.4.3 ausbilden,
die zusammen den Mischraum 2.4 bilden. Durch die vorstehend
beschriebene Ausgestaltung des ersten Beaufschlagungsraumes 2 in
seinem von dem Verdrängerkörper 5.1 durchdrungenen
Erstreckungsbereich verjüngt sich,
in Strömungsrichtung
des flüssigen
Produkts P gesehen, dieser Bereich fortlaufend.
-
Der
jeweilige Eintritt der Ringdüse 4.1, 4.2, 4.3 ist
von dem in das innere Gehäuse 7 außenseits radial
eingreifenden Verteilerring 9 umschlossen, der, über seinen
Umfang verteilt, eine Vielzahl von gleichmäßig voneinander beabstandeten
Ringbohrungen 9a aufweist, die jeweils die Ringdüse 4.1, 4.2, 4.3 mit dem
zweiten Beaufschlagungsraum 3 verbinden. Dadurch wird eine
möglichst
gleichmäßige Verteilung des
dampfförmigen
Wärmeträgers D innerhalb
der jeweils zugeordneten Ringdüse
erreicht.
-
Um
eine gleichmäßige Verteilung
des dampfförmigen
Wärmeträgers D vom äußeren Ringraum 3.3 des
zweiten Beaufschlagungsraumes 3 auf die parallel angeschlossenen
Ringdüsen 4.1, 4.2 und 4.3 sicherzustellen,
ist, in Strömungsrichtung
des dampfförmigen
Wärmeträgers D gesehen
und vor dessen Eintritt in den zweiten Beaufschlagungsraum 3,
in dem sich an den zweiten Einlass 6.4 anschließenden konusförmigen Erweiterungsstutzen 6.5 ein
Leitblech 8 mit einer Vielzahl siebförmig angeordneter Verteilerbohrungen 8a vorgesehen
ist, das den Durchtrittsquerschnitt des Erweiterungsstutzens 6.5 fast
vollständig
ausfüllt.
Das Leitblech 8 ist dabei V-förmig gefaltet und die Faltkante
verläuft
in der Ebene des größten Durchmessers
des konusförmigen
Erweiterungsstutzens 6.5.
-
Das
Verfahren zum Einleiten eines dampfförmigen Wärmeträgers D in ein flüssiges Produkt
P, insbesondere in ein Nahrungsmittel oder Getränk, bei dem der dampfförmige Wärmeträger D das
flüssige
Produkt P zur Bildung eines keimfreien Produkts erhitzt und bei
dem das Strömen
des dampfförmigen Wärmeträgers D durch
Druckabfall hervorgerufen wird, der durch die Geschwindigkeit des
flüssigen Produkts
P entsteht, ist insgesamt gekennzeichnet durch folgende durchzuführende Schritte
(a) bis (i):
- (a) der Strom des flüssigen Produkts P erhält vor dem Einleiten
in einen Mischraum 2.4 mit einstellbarem Volumen einen
erzwungenen ringspaltförmigen Strömungsquerschnitt,
dessen Erstreckung quer zur Strömungsrichtung
des Produkts P in einer ersten Richtung klein gegenüber einer
orthogonalen zweiten Richtung ist;
- (b) im Strom des Produkts P wird vor Eintritt in den Mischraum 2.4 die
den Druckabfall erzeugende Geschwindigkeit erzeugt;
- (c) der Strom des dampfförmigen
Wärmeträgers D wird
im Bereich des Druckabfalls mit einer Strömungskomponente angesaugt,
die in radialer Richtung orientiert ist und von einer Seite auf
das flüssige Produkt
P auftrifft;
- (d) der Strom des dampfförmigen
Wärmeträgers (D) erhält im Bereich
des Druckabfalls an seiner Einleitungsstelle in das flüssige Produkt
(P) eine Strömungskomponente
in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Produkts (P);
- (e) der Strom des dampfförmigen
Wärmeträgers (D) wird
seiner Einleitungsstelle in das flüssige Produkt (P) gleichmäßig verteilt
zugeführt;
- (f) der Strom des Wärmeträgers (D)
wird seinen parallel zu versorgenden Einleitungsstellen in das Produkt
(P) gleichmäßig verteilt
zugeführt;
- (g) das erzeugte Gemisch aus flüssigem Produkt (P) und dampfförmigem Wärmeträger (D)
bleibt unverzweigt und durchläuft
stromabwärts
wenigstens eine weitere Schrittfolge (a) bis (f);
- (h) das flüssige
Produkt (P) und der kondensierende Wärmeträger (D) werden im Mischraum
(2.4) durchmischt und durchströmen diesen mit einer einstellbaren
Verweilzeit bei ansteigender Strömungsgeschwindigkeit
längs ihres
Strömungsweges,
wobei die Form des Strömungsquerschnitts
im Mischraum (2.4) im Wesentlichen gemäß Schritt (a) beibehalten wird;
- (i) der Strom des dampfförmigen
Wärmeträgers (D) wird
im Bereich des Druckabfalls an seiner Einleitungsstelle in das flüssige Produkt
(P) in Richtung der Strömungsgeschwindigkeit
des flüssigen
Produkts (P) diffusorartig aufgefächert.
-
- 1
- Injektor
- 2
- erster
Beaufschlagungsraum (Produkt)
- 2.1
- zylindrischer
erster Eintrittsraum
- 2.2
- Eintrittskammer
- 2.3
- innerer
erster Ringraum
- 2.4
- Mischraum
- 2.4.1
- innerer
zweiter Ringraum
- 2.4.2
- innerer
dritter Ringraum
- 2.4.3
- Austrittskammer
- 2.5
- zylindrischer
Austrittsraum
- 3
- zweiter
Beaufschlagungsraum (Wasserdampf)
- 3.1
- zylindrischer
zweiter Eintrittsraum
- 3.2
- konisch
erweiterter Raum
- 3.3
- äußerer Ringraum
- 4.1
- erste
Ringdüse
- 4.2
- zweite
Ringdüse
- 4.3
- dritte
Ringdüse
- 4.1a
- ringspaltförmige erste
Austrittsöffnung
- 4.2a
- ringspaltförmige zweite
Austrittsöffnung
- 4.3a
- ringspaltförmige dritte
Austrittsöffnung
- 5
- Dorn
- 5.1
- Verdrängerkörper
- 5.2
- Verstellstange
- 5.2a
- Führungsstange
- 5.2b
- Befestigungsstange
- 6
- Injektorgehäuse
- 6a
- Mantelteil
- 6b
- Kragenteil
- 6.1
- Eintrittsgehäuse
- 6.2
- Deckel
- 6.3
- erster
Einlass
- 6.4
- zweiter
Einlass
- 6.5
- Erweiterungsstutzen
- 6.6
- Auslass
- 6.7
- Rohrerweiterung
- 7
- inneres
Gehäuse
- 7.1
- erster
Gehäusering
- 7.2
- zweiter
Gehäusering
- 7.3
- dritter
Gehäusering
- 7.4
- vierter
Gehäusering
- 7.1a
- ringförmige erste
Nase
- 7.2a
- ringförmige zweite
Nase
- 7.3a
- ringförmige dritte
Nase
- 7.2b
- umlaufende
erste Anschrägung
- 7.3b
- umlaufende
zweite Anschrägung
- 7.4b
- umlaufende
dritte Anschrägung
- 8
- Leitblech
- 8a
- Verteilerbohrung
- 9
- Verteilerring
- 9a
- Ringbohrung
- 10
- Laternengehäuse
- 11
- Bügelteil
- 12
- Verstellmutter
- 13
- Verstellantrieb
- 14
- erster
Spannring
- 15
- zweiter
Spannring
- 16
- erste
Spannbuchse
- 17
- zweite
Spannbuchse
- 18a
- erste
Gehäusedichtung
- 18b
- zweite
Gehäusedichtung
- 18c
- dritte
Gehäusedichtung
- 18d
- vierte
Gehäusedichtung
- 18e
- fünfte Gehäusedichtung
- 19
- Stangendichtung
- 20
- Führungsring
- 21
- Dichtung
- A1
- erster
Durchtrittsquerschnitt
- A2
- zweiter
Durchtrittsquerschnitt
- A3
- dritter
Durchtrittsquerschnitt
- D
- dampfförmiger Wärmeträger (Wasserdampf;
kulinarischer Sattdampf)
- D(E)
- Dampfeintritt
- P
- flüssiges Produkt
- P(E)
- Produkteintritt
- P(A)
- Produktaustritt
- α
- Neigungswinkel